Trabajo sobre destilación multicomponente

Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Química y Textil

Departamento Académico de Ingeniería Química

[pic 1]

Transferencia de masa I (PI 144 B)

“Trabajo 4.”

“Destilación Multicomponente Ideal”

Integrantes:

Briceño Espinoza, Jessica Haydee                 20170087D

Chura Noriega Carlos Yordie                         20131415D  

Mendoza Romero, Franz Macoy                   20122174H

Rodriguez Antayhua, Katherine Rosmeri      20162659B  

Profesor responsable:

Montalvo Hurtado, Celso Pastor Alejandro

Lima – Perú

2022-II

“Artículos que describen la Destilación Multicomponente Ideal”

ARTÍCULO 1: “Simulación del comportamiento de una columna de destilación discontinua para mezclas multicomponentes utilizando métodos cortos.”

Romero & Otiniano (2009)

En este artículo se analiza un método corto para simular el comportamiento en una columna de destilación discontinua con rectificación de una mezcla ideal de multicomponentes a reflujo constante sobre la base de ciertos supuestos y así se pueda resolver e integrar todo el sistema de ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento de la columna, lo cual permite tener resultados rápidos y concretos de las mezclas líquidas que estén siendo separadas. Se utiliza el método Fenske-Underwood-Gilland (FUG) para destilación continua multicomponente, para estimar las variaciones de las composiciones del destilado y residuo en el rehervidor.

Columna de destilación discontinua multicomponente

Una columna de destilación discontinua con rectificación convencional consiste de un rehervidor, un condensador total y una columna de platos que están numerados del 1 al N. La mezcla líquida a ser separada es cargada en el rehervidor, donde se le adiciona calor, con lo cual se produce el cambio de fase de la mezcla. El vapor va subiendo por la columna de platos, llega al tope de la columna y pasa por el condensador total. Luego, del condensador se separan dos flujos líquidos, uno será el destilado, que es el producto que se desea obtener con la más alta pureza del componente más volátil de la mezcla alimentada. El reflujo retorna a la columna y es puesto en contacto con el vapor que va subiendo por esta. El Flujo Líquido retoma nuevamente al rehervidor pero conforme va bajando por la columna se empobrece cada vez más del componente más volátil. Mientras que el vapor conforme va subiendo por la columna se enriquece del componente más volátil hasta llegar al tope. Por lo tanto, la composición de la mezcla líquida en el rehervidor va cambiando con el tiempo, con lo que se va empobreciendo del componente más volátil hasta llegar a eliminar parte del componente más volátil.

Desarrollo del método corto

Para la columna de destilación continua convencional con rectificación para mezclas multicomponentes se utilizaron los siguientes supuestos:

• Volatilidad relativa constante                      -    Flujo equimolar en toda la columna
• Acumulacion despreciable en cada plato
• Equilibrio termodinámico entre el vapor y líquido que sale de cada plato
• Acumulación despreciable de vapor y líquido en el condensador total

Este método se basa en asumir que la operación de la destilación discontinua puede ser representada por una serie de operaciones de destilación continua de corta duración y empleando el método corto de Fenske - Underwood-Gillland (FUG) que es utilizado en los cálculos en destilación multicomponente continua, para estimar las composiciones del destilado. [pic 2]

Para lo cual se utiliza el esquema que propone Galíndez y Fredenslund, donde se empieza con una carga inicial  y una composición a un tiempo  por lo que para un pequeño intervalo de tiempo el comportamiento de la columna en el tiempo  se tiene una carga de . Además se tiene la alimentación F que va al rehervidor y el producto destilado D.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

Del balance de materia en el condensador de la columna se tendrá:   [pic 9]

La relación de reflujo es definida por:   [pic 10]

Así de (1) y (2) se tendrá la sgt relación para el destilado:  [pic 11]

Para la operación de destilación contínua equivalente se tendrá un balance de materia para un :[pic 12]

Balance total:       Balance por componente:   [pic 13][pic 14]

De estos se tiene el nuevo valor de :       [pic 15][pic 16]

A tiempo  entonces:     [pic 17][pic 18]

Para los tiempos restantes,  de la actual etapa de destilación será el nuevo valor de  en la siguiente etapa de la destilación. Las composiciones del destilado iniciales se calculan a reflujo total.[pic 21][pic 19][pic 20]

Se tiene la ecuación de Fenske para número mínimo de etapas:[pic 22]

Lo cual se resuelve:

Donde  se refiere al componente de la carga inicial y  es el componente de referencia, por lo general, el menos volátil de la mezcla. Luego:[pic 25][pic 23][pic 24]

Luego  es el número de componentes de la carga inicial. Sustituyendo la ecuación (7) en (8) da:[pic 26]

[pic 27]

Las composiciones iniciales del destilado a reflujo total se calculan con la ecuación (9) y luego las restantes composiciones del destilado se harán con la ecuación (7).

La ecuación de Eduljee relaciona el  con el número real de etapas:[pic 28]

[pic 29]

Por lo que será necesario el valor de reflujo mínimo , para lo cual se utiliza la ecuación de Underwood, asumiendo que todos los componentes de la carga se distribuyen entre los dos productos.[pic 30]

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Donde  es el componente más volátil y  es el componente más pesado de la carga inicial. (7) y (9) se reemplazan en (11), teniendo en cuenta :[pic 32][pic 33][pic 34]

[pic 35]

Finalmente, el procedimiento será que para una carga inicial de concentración conocida, se realiza una operación inicial a reflujo total para calcular los valores de destilado iniciales utilizando la ecuación (7). Se dan valores especificados de número de etapas N y relación de reflujo  con lo cual se halla  y  simultáneamente por un proceso iterativo con las ecuaciones (10) y (12). Como los valores de  y  cambian con el tiempo, se pueden hallar los valores de destilado con el  hallado reemplazando en la ecuación (7). Con la ecuación (5) se halla los nuevos valores de , en la siguiente etapa de destilación esos valores de  reemplazarán a . Este método se utiliza para la modalidad de operación de una columna de destilación a reflujo constante.[pic 36][pic 37][pic 38][pic 39][pic 40][pic 41][pic 42][pic 43][pic 44]

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